Ученые взломали код для редактирования целых хромосом
Группа китайских ученых под руководством профессора Гао Цайся из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук разработала две новые технологии редактирования генома, известные под общим названием «системы программируемой хромосомной инженерии». Их статья демонстрирует возможность точного манипулирования крупными фрагментами ДНК размером от килобаз до мегабаз у многоклеточных организмов, пишет ScienceDaily.
Обширные исследования продемонстрировали огромный потенциал специфической рекомбиназной системы Cre-Lox для точных хромосомных манипуляций. Тем не менее практическое применение этой системы сдерживалось тремя ключевыми недостатками:
- Оборотность реакций — способность участков Lox вызывать обратимую рекомбинацию, приводящую к исчезновению желаемых модификаций.
- Комплексность тетрамерной структуры белка Cre, делающая затруднительной точную настройку ферментативной активности.
- Негативное влияние остаточных участков Lox, которые после рекомбинации могут нарушить точность редактирования.
Для решения указанных проблем ученые внедрили ряд инноваций. Во-первых, они сделали участки Lox несимметричными, что снизило риск ненужных обратных изменений больше чем в 10 раз. Так, они почти полностью устранили этот эффект, при этом сохранив отличную производительность прямой рекомбинации. Во-вторых, они воспользовались системой AI-информированного моделирования AiCE, позволяющей эффективно проектировать белки с учетом известных эволюционных и структурных особенностей. Новый метод получил название AiCE rec. Его использование позволило добиться значительного улучшения эффективности работы фермента Cre — скорость и качество рекомбинации увеличились примерно в 3,5 раза по сравнению с обычным вариантом.
Последнее важное достижение заключается в создании новой стратегии редактирования генома без следа вмешательств. Специалисты назвали ее методом Re-pegRNA. Она позволяет аккуратно удалить следы предыдущих операций с помощью специальных редактирующих молекул pegRNA, возвращая участок генома в исходное состояние и делая вмешательство абсолютно незаметным.
Интеграция трех инноваций привела к созданию двух программируемых платформ: PCE и RePCE. Эти платформы позволяют гибко программировать позиции и ориентацию вставки для различных участков Lox, что позволяет проводить точные и безболезненные манипуляции с фрагментами ДНК размером от килобаз до мегабаз как в растительных, так и в животных клетках. Чтобы подтвердить работоспособность своей технологии, ученые провели эксперимент на рисе, создав линию зерновых, устойчивых к гербицидам. Для этого они произвели точную инверсию сегмента ДНК длиной 315 тысяч пар оснований. Полученный результат наглядно показал перспективность и мощь нового инструмента для преобразования и совершенствования культурных растений методами генной инженерии.
Таким образом, предложенное китайскими учеными новшество преодолело прежние ограничения системы Cre-Lox, расширило горизонты возможностей для точной коррекции генома и открыло путь к новым достижениям в биотехнологиях сельского хозяйства и молекулярной биологии разных организмов.
Ранее специалисты на шаг приблизились к разгадке появления жизни на Земле.
